本发明公开了一种ICF靶丸冰层折射率三维重建的测量装置及测量方法，测量装置包括激光器、激光准直镜、第一偏振分束镜、电动光挡、载有反射镜的PZT、振镜、第一聚焦镜、第二聚焦镜、显微物镜、第二偏振分束镜、线偏振片、CCD图像传感器、高功率LED、光阑和电脑；测量方法包括：利用背光投影光路将靶丸定位，切换到干涉光路，利用振镜扫描靶丸，采集靶丸各角度下的四步移相干涉图，得到各角度下的二维平均折射率分布；其次设定层析过程中各层的阈值；将二维平均折射率分布转换为当前所需的投影折射率分布；应用ART方法逐层层析反演，应用偏折修正方法，得到正确的三维折射率重建。利用本发明，可以实现快速、非接触式三维折射率重建。